压裂液性能及分类
压裂液介绍
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例（%）
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括
稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂
三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
－每种液体需要最少的添加剂；
－检查所有添加剂的配伍性； －添加剂对温度和pH的敏感性，按设计的配比 加入。
3.压裂液添加剂- 稠化剂
水溶性聚合物作为稠化剂(增稠剂)是水基压裂 液的基本添加剂。 植物胶（如胍尔胶、香豆胶、田菁胶、皂仁胶、 槐豆胶、魔芋胶和海藻胶）及其衍生物 纤维素的衍生物(如羧甲基纤维素、羟乙基纤 维素等)； 合成聚合物（如聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯 酰胺、羧甲基聚丙烯酰胺等）,以及生物聚合物 （黄胞胶）。
在现场应用六速粘度计实时测试，在低速100转
/min下，测试的读速乘3为表观粘度。
测试交联冻胶交联时间和破胶时间。 在恒温、时间、剪切速度的条件下测试液体
2.压裂液滤失效率
低效压裂液
短缝
高滤失
高效压裂液
长缝
低滤失
3.压裂液的粘温曲线
900 800 700 600 90 80 70 60
 ¶ Î È
1.压裂液现场质量-控制内容 （1）空压裂罐到位时，应进行检查，确认清洁度。 如果罐中存在锈、油、土和作业残留物等时，应在装 水前清洗干净。 （2）从到位罐内取水样，进行配液前的水分析。 保证用水来此地表水，而非地面水。水质检查包括测 试pH值和目测（是否有油膜、悬浮颗粒或浮动碎屑等明 显的污染物）。 （3）配液前对罐进行计量，确保各罐中按比例加入添加剂； 配液中形成的“鱼眼”和非水化聚合物块，主要原因 是向配液漏斗中加入稠化剂与水流冲刺的速度不相匹配。
压裂液
邻位顺式羟基
钠羧基、酰胺基、邻位 反式羟基
邻位顺式羟基
邻位顺式羟基
酰胺基团
聚合物举例
耐温能力 交联特性
优点 缺点
植物胶及衍生物
羧甲基植物胶、羧甲基 纤维束
植物胶及衍生物
植物胶及衍生物
聚丙烯酰胺及其衍生 物
小于100℃ 快速交联 清洁无毒，成本低
耐温能力差
小于120℃ 锆酸盐（碱性）：
100～150℃
庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司
2.1交联剂的主要作用 交联剂是决定压裂液粘度性质的主要因素之一。 交联剂与稠化剂发生交联反应，使体系进一步增稠 形成冻胶，成为典型的粘弹流体，粘弹性能的好坏 直接影响压裂液的造缝能力，与形成的裂缝长度密 切相关。
庆阳长庆井下油田助剂有限责任公司
2、2常用的交联剂类型
庆阳破胶后的残渣率影响比较大，当压裂完成
，压裂液破胶后，稠化剂中的不溶物质都将变为残渣，容 易在填砂裂缝中沉淀，造成二次伤害，使填砂裂缝的导流 能力降低。 • 因此，选取水化性能好，稠化能力强，水不溶物含量低 且易于与多种交联剂交联成冻胶的稠化剂是保证压裂液理 想性能和压裂效果的先决条件。
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2、交联剂
• 交联剂是通过交联离子（基团）将溶解于水中的聚合物 线性大分子链上的活性基团以化学键或配位键连接起来 形成三维网状结构的化学剂。
• 交联剂的选用由聚合物可交联的官能团和聚合物水溶液 的pH值决定，比较常用的且形成工业化的交联剂为硼砂 、有机硼、有机锆和有机钛等。
稠化剂的主要作用是增粘，次要作用是降低滤失和减少压 裂液摩阻等作用。
它的水溶液通过与交联剂的交联作用，形成高分子网架结 构的高粘弹冻胶，使其达到悬浮支撑剂和高裂缝粘度的要 求。
压裂液体系课件
物，其特点是降阻性能好、无残渣等优点，缺点
是耐盐性能差、剪切稳定性差，残胶吸附堵塞，
对地层造成伤害，这些问题限制了合成聚合物稠化
剂的推广应用。
增稠剂
六、压裂液添加剂
常用稠化剂的性能会由于加工和化学改性工艺的差别
五、压裂液类型简介
(四)乳化压裂液 乳化压裂液为一种液体分散于另一种不相混溶的液体
中所形成的多相分散体系，如用表面剂稳定后的油包水或 水包油。乳化压裂液的特点是具有良好的输送性能，滤失 小，成本较油基压裂液低，缺点是耐温性能差，摩阻高， 浪费也较大。乳化压裂液系统主要包括油相、水相及各种 添加剂。水相主要为含有表面活性剂的稠化水，油相可以 是原油、柴油、煤油及凝析油等，添加剂则包括各种表面 活性剂，如十二烷基磺酸钠、油酸三乙醇胺等。
五、压裂液类型简介
2、水基冻胶压裂液的种类及用途
⑴低温交联水基压裂液
低温交联水基压裂液主要以植物胶原粉（包括羟乙基 槐豆粉、羟乙基皂仁粉、田菁粉等）为增稠剂，硼砂为交 联剂，按一定交联比配制而成的压裂液。此压裂液粘温性 能较差，只能用于低温井。
⑵纤维素衍生物中、高温压裂液
纤维素衍生物压裂液主要包括羧甲基纤维素（CMC） 压裂液和羟乙基纤维素（HEC）。CMC压裂液包括与硫酸铬 钾或硫酸铝钾交联的中、高温压裂液、CMC高温乳化压裂 液等，HEC压裂液则只适用于较低温度的井。纤维素衍生 物压裂液的特点是残渣含量低，对地层伤害小，但剪切稳 定性较差，且原料价格越来越昂贵，逐渐被植物胶及其改 性产品取代。
五、压裂液类型简介
表1 清洁压裂液破胶液粘度
压裂液量ml 烃加入量ml
破胶液粘度mPa.s
100
煤油10ml
2.52
原油10ml
1-压裂液性能评价方法
目录
1.概述 2.压裂液的主要用途 3.压裂液的类型 4.压裂液性能指标 5.压裂液关键性能评价
3.压裂液类型
(1)水基压裂液：水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成的冻胶。 成胶剂：植物胶、纤维素衍生物、合成聚合物。 交联剂：硼酸盐，钛、锆等。 破胶剂：过硫酸胺、高锰酸钾和酶等。 其它添加剂:助排剂、粘土稳定剂等 (2)油基压裂液：对水敏性地层，多用稠化油，基液为原油、
D
2)幂律型流体压裂液 假塑型流体的本构方程： KD n
当n=1时，
KD n1 D
视粘度：
a KD n1
n小于1，所以剪切速率愈大，视粘度愈小。
假塑性液体具有两个流变参数，对幂律方程两边取对数
得到：
lg lg K nD
3)其它流动类型的压裂液
①宾汉型流体
流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状 态开始流动，剪切应力与剪切速率成线性关系,宾汉流 体的流动方程是： y D
压裂液类型 线型
交联型
线型 交联型
水外相多重乳化液
酸基泡沫 水基泡沫 醇基泡沫 线型体系 交联体系
主要组分①
通常应用对象
胶 化 水 ， HPG ， HEC CMHPG，CMHEC等
交 联 剂 +HPG ， HEC 或 CMHEC等
油，胶化油
短裂缝，低温 长裂缝，高温 水敏性地层，短裂缝
交联剂+油
水敏性地层，长裂缝
③顶替液 ：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预 防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携 砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
(2)压裂液的性能要求 前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并
使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。 ①滤失少 ②悬砂能力强 ③摩阻低 ④稳定性 ⑤配伍性 ⑥低残渣 ⑦易返排 ⑧货源广、便于配制、价钱便宜
压裂液性能评价-粘土稳定剂
压裂液总结压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。
它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。
压裂液在施工时应具有良好热稳定性和流变性能，较低的摩阻压降，优秀的支撑剂输送和悬浮能力，而在施工结束后，又能够快速彻底的破胶返排，残渣低、并且进入地层的滤失液与油气配伍性好，对储层造成的潜在性伤害应最小，从而获得较理想的施工效果。
因此，在优选水力压裂所用的工作液时，应从压裂液的综合性能满足压裂工艺的要求及压裂液应当与储层配伍，对储层造成的潜在性伤害尽可能地小两方面着手，优选出高效、低伤害、适合储层特征的优质压裂液体系。
压裂是油气井增产，水井增注的有效措施之一。
特别适于低渗透油气藏的整体改造。
压裂形成具有高导流能力的填砂裂缝，能改善储集层流体向井内流动的能力，从而提高油气井产能。
然而，压裂作业中压裂液进人储集层后，总会干扰储集层原有平衡条件，压裂措施本身包含了改善储集层和伤害储集层双重作用，当前者占主导时，压裂增产，反之则造成减产。
为了获得较好增产效果，就应充分发挥其改善储集层的作用，尽量减少对储集层的伤害。
一、压裂液对油气层的损害压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。
它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。
压裂作业中压裂液造成油气层损害的主要原因有：一是由于压裂液及其添加剂选择不当造成压裂液与油气层岩石矿物和油气层流体不配伍造成损害；二是压裂液对支撑裂缝导流能力的损害；三是压裂施工过程中的损害。
1．压裂液与油层岩石和油层流体不配伍损害1）压裂液滤液对油层的损害在压裂施工中，向储集层注人了大量压裂液，压裂液沿缝壁渗滤人储集层，滤液的侵人改变了储集层中原始含油饱和度，并产生两相流动，流动阻力加大。
毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体流动阻力增加。
如果储集层压力不能克服升高的毛细管力，则出现严重和持久的水锁。
新型压裂液概述
•压裂液固相堵塞
来源
—基液或成胶物质的不溶物 —降滤剂或支撑剂中的微粒 —压裂液对地层岩石浸泡而脱落下来的微粒 —化学反应沉淀物等固相颗粒。
作用
—形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减 少了对地层的伤害；
—它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜 厚度而难破胶。
•压裂液浓缩
二、中原油田压裂技术现状
现有装备
机组型号
史蒂文森 压裂机组 哈里伯顿
-1000 哈里伯顿
-1400 哈里伯顿
-2000 史蒂文森CO2 泡沫压裂设备
哈里伯顿 -2500
投产 时间
1985 1985 1990 2002 2002 2008
主要设备情况
备注
仪表车 混砂车 主压车 （台） （台） （台）
成胶液
水冻胶压裂液添加剂
▲稠化剂
植物胶及衍生物 — 胍胶（羟丙基胍胶） — 田箐、香豆胶、魔芋胶等
纤维素衍生物 — 羧甲基纤维素钠盐（CMC） — 羟乙基纤维素（HEC） — 羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）
生物聚多糖 — 黄原胶
工业合成聚合物 — 聚丙烯酰胺（PAM） — 部分水解聚丙酰胺（PHPAM） — 甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）
水基压裂液
水基压裂液的发展经历了活性水压裂液、稠化水压裂液、水基冻胶 压裂液三个阶段。
(1)活性水压裂液:是表面活性剂的稀的水溶液。 (2)稠化水压裂液：是以稠化剂及表面活性剂配制的粘稠水溶液，即 增稠了的活性水压裂液。 (3)水冻胶压裂液：是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进行不完 全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状体型结构混存 的高分子水冻胶。其中亦添加了表面活性剂。它实际上就是交联了的稠 化水压裂液。
压裂液性能及分类
压裂液提供了水力压裂施工作业的手段，但在影响压裂成败的诸因素中，压裂液及其性能极为重要。对大型压裂来说，这个因素就更为突出。使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；再者压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到低粘度，保证大部分压裂液返排到地面以净化裂缝。
(1)地层温度、液体温度剖面以及在裂缝内停留时间；
(2)建议作业液量及排量；
(3)地层类型(砂岩或灰岩)；
(4)可能的滤失控制需要；
(5)地层对液体敏感性；
(6)压力；
(7)深度；
(8)泵注支撑剂类型；
(9)液体破胶需要。
20世纪50年代末，第一次使用交联瓜胶液进行施工，那时约10%的压裂施工使用胶化油处理的。在20世纪70年代，考虑伤害引用了低残渣的羟丙基瓜胶(HPG)。现在，70%的压裂施工用瓜胶或羟丙基瓜胶。用胶化油施工约占5%，约25%的施工含有增能气体。
压裂液基液
压裂液类型
主要成分
应用对象
水基
线型
HPG、TQ、CMC、HEC、CMHPG、CMHEC、PAM
短裂缝、低温
交联型
交联剂+HPG,HEC或CMHEC
长裂缝、高温
油基
线型
油、胶化油
水敏性地层
交联型
交联剂+油
水敏性地层、
长裂缝
O/w乳状液
乳化剂+油+水
适用于控制滤失
泡沫基
酸基泡沫
酸+起泡剂+N 2
(2)携砂液：它起到将支撑剂(一般是陶粒或石英砂)带入裂缝中并将砂子放在预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分占的比例很大。携砂液和其它压裂液一样，都有造缝及冷却地层的作用。
煤层气行业压裂液-相当经典
02
煤层气行业压裂液的应 用
煤层气开采中的压裂液应用
压裂液在煤层气开采中起到关键作用 ，通过向煤层中注入压裂液，能够使 煤层产生裂缝，增加煤层气的渗透性 ，从而提高煤层气的产量。
压裂液的选择需要根据煤层的特点和 开采条件进行优化，以确保压裂效果 和煤层气的开采效率。
煤层气增产中的压裂液应用
高效化
随着煤层气开采技术的发展，对压裂液的效率要求越来越 高。未来压裂液的发展将更加注重高效化，以提高煤层气 开采效率。
环保化
环保要求日益严格，未来压裂液的发展将更加注重环保性 能，开发低毒、低污染、易降解的压裂液体系，以及压裂 液的循环利用技术。
个性化
不同煤层地质条件对压裂液的要求不同，未来压裂液的发 展将更加注重个性化，根据不同煤层地质条件定制适合的 压裂液体系。
和维护较为复杂。
压裂液的作用
造缝作用
压裂液在高压下将煤层 压开并形成裂缝，增加 煤层气渗透面积，提高
开采效率。
支撑作用
压裂液在裂缝中起到支 撑作用，防止裂缝闭合， 保持煤层气渗透通道的
通畅。
携砂作用
压裂液将破碎的岩石颗 粒携带至地面，保持井 筒通畅，便于后续排采
作业。
降低摩擦作用
压裂液在泵送过程中可 降低管路和泵的摩擦阻
在煤层气增产过程中，压裂液的注入能够扩大煤层裂缝，提高煤层气的渗透性， 从而增加煤层气的产量。
针对不同的增产需求，需要选择不同类型的压裂液，如低粘度、高粘度、泡沫压 裂液等，以达到最佳的增产效果。
煤层气排采中的压裂液应用
在煤层气排采过程中，压裂液的注入能够提高煤层气的解吸 速度和采收率。
压裂液在排采过程中起到调节地层压力的作用，有助于控制 煤层气的生产速度和采收率。同时，合理的排采制度也是提 高煤层气采收率的关键因素之一。
压裂液的特点与适用范围
压裂液的特点与适用范围压裂液的特点与适用范围一、水基压裂液水基压裂液是以水作为分散介质（溶剂），再添加多种添加剂配制而成的一种压裂液。
按稠化方式和稠化程度不同分为水基冻胶压裂液、线性胶压裂液和活性水压裂液。
1、水基压冻胶裂液主要由水、稠化剂、交联剂和破胶剂配制而成。
特点：粘度高，可调性好，易于控制，造缝性能好，携砂能力强；摩阻低，滤失量小，耐温、耐剪切能力好，能在指定的时间内破胶排液，配制材料货源广。
适用范围：除少数低压、油润湿，强水敏地层外，适用于大多数油气层和不同规模的压裂改造，可以完成高温、高压、深井、超深井、高砂比、大砂量等高难度压裂作业。
2、线性胶压裂液（稠化水压裂液）以稠化剂和表面活性剂配置而成的粘稠性水溶液。
特点：粘度较低，携砂性能差，降滤失性能略好，有一定造缝能力。
适用范围：主要用于压裂防砂、砾石充填、低温（小于60℃）、浅（小于1000）井的压裂改造；或用于低砂量、低砂比的煤层气或不携砂注水井压裂。
3、活性水压裂液加有表面活性剂的低粘水溶液。
特点：粘度几乎为零，滤失量大，依靠大排量可以携带较少支撑剂。
适用范围：适用于浅井低砂量、低砂比的小型解堵压裂和煤层气井压裂。
二、油基压裂液以就地原油或柴油作为分散介质与各种添加剂配制而成的压裂液称为油基压裂液。
稠化剂：磷酸酯交联剂：铝酸盐特点：粘度较高、耐温性能较好、携砂能力较强、对储集层伤害较小。
缺点：价格昂贵、施工困难、易燃。
三、泡沫压裂液泡沫压裂液是指在水力压裂过程中，以水、线性胶、水基冻胶、酸液、醇或油作为分散介质，以气体作为作为分散相（不连续相），与各种添加剂配制而成的压裂液。
按分散相类型不同，泡沫压裂液体系可以分为氮气泡沫压裂液、二氧化碳泡沫压裂液和空气泡沫压裂液。
优点：粘度高，携砂和悬砂性能好，摩阻损失小、滤失量小，液体效率高、在相同液量下裂缝穿透深度大；含水量小，密度低，气体膨胀能力强，易于压后返排，对油层污染小。
缺点：温度稳定性差，使用范围受到限制，由于井筒气―液柱的压降低，需要的施工泵压高，对于深度大于2000m以上的油气层施工难度大，设备特殊，成本较高。
第四章 压裂液.
（一）水基压裂液 水基压裂液是以水作为分散体系，添加水 溶性聚合物和其它添加剂形成具有压裂工艺所 需的较强综合性能的工作液， 一般有两种形式：①水溶性聚合物加入活 性添加剂的水溶液被称为线性胶或稠化水压裂 液；②线性胶稠化水加入交联剂后形成的具有 一定粘弹性的交联冻胶则称为交联压裂液。 特点：水基压裂液具有安全、清洁、价廉 且性质易于控制等特点二得到广泛应用。除了 对少数水敏地层易造成伤害外，适用于大部分 油气层的压裂改造，是压裂液技术发展最快也 最全面的体系。
延迟交联压裂液 b.无机硼延迟交联压裂液 无机硼延迟交联压裂液包括包裹无机硼延迟 压裂液和过交联延迟释放高温压裂液。 包裹无机硼延迟压裂液：指对无机硼采用包裹技 术，达 到延迟交联的目的，改善了无机硼压裂液的耐高温性 能。 过交联延迟释放高温压裂液：所使用的交联剂是 以硼酸盐植物胶过交联，经脱水、烘干、粉碎制得的 固体缓溶延迟硼交联剂，这种固体颗粒交联剂在施工 时可直接加入，与植物胶及其改性产品均可形成粘度 稳定，耐高温，交联速度可控的延迟交联压裂液，其 耐温性能达到165℃以上。
（二）油基压裂液
油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种各添 加剂形成的压裂液。 1.稠化油压裂液：将稠化剂溶于油中配置而成。 目前较通用的是铝磷酸酯与碱的反应物，这类稠化剂在 油中形成“缔和”，将油稠化。
2.油基冻胶压裂液 将有机脂肪酸醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的 膦酸酯均匀混入基油中，用铝酸钠进行交联，可形成膦酸 酯铝盐的网状结构，使油成为油冻胶。 膦酸酯铝盐油基冻胶压裂液是目前性能最佳的油基压裂 液。其粘度较高，粘温性好，具有低滤失性和低摩阻。适 用于水敏、低压和油润湿地层的压裂，砂比可达30%。
压裂施工质量控制
二、压裂设备及管柱
（5）压裂管柱
A、合层压裂管柱：
直咀子+封隔器+水力锚+油管
注意事项：
直嘴子位置不能低于射孔段顶界， 推荐位置为射孔段顶界以上10m， 封隔器位置与直咀子距离30-40m。
B、分层压裂管柱：
死堵+下封隔器+喷砂器+上封隔器+ 水力锚+油管
注意事项：
下封隔器位置不能低于射孔段底界 2m以上，应避开沉砂过多造成砂堵 喷砂器应与下封隔器直接相连。
二、压裂设备及管柱
YLC-1050型压裂车作业参数表
传动器挡位
3
4
5
总传动比
15.38
11.85
9.05
发动机额定转速，r/min 泵冲数，min-1 排量系数 泵排量，m3/min 最大工作压力，MPa 输出水功率，kW
1800 117 0.95 0.299 103 515
1800 152 0.95 0.389 84.8 552
压裂管汇使用注意事项：
压裂管汇在使用性能必须达到石油行业标准“压裂管汇” （SY5260-91）要求。 压裂施工前必须对地面高压管汇进行试压，按预测泵压的1.21.5倍试压45MPa,稳压5min不刺不漏，压力不降为合格。
二、压裂设备及管柱
3、压裂管柱
压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井 下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。
压裂液主要类型压裂液主要类型三压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组压裂液性能要求压裂液性能要求主要性能要求实现方法添加剂代表性产品较强提高粘度密度增稠剂稳定性较好植物胶分子间交联形成网状结构交联剂硼砂有机硼较低提高粘度配伍性中和电荷减小液体间离子浓度差粘土稳定剂kclcop1返排性能cf5b残渣采用低残渣增稠剂降低增稠剂用量破乳性能减少油水乳化破乳剂be2破胶性能杀菌杀菌剂cog285压裂液基本性能一览表三压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组压裂液体系性能必须满足石油行业syt63762008压裂液通用技术条件规定的技术指标才能使用
压裂液
五、压裂液发展的趋势
目前应用最广泛的是水基压裂液约占总用量的 70%，但是天然植物胶压裂液、纤维素压裂液 和合成聚合物压裂液存在一个共同的缺点：压 裂液破胶不完全，而且破胶后残渣将残留在裂 缝内，残留在裂缝中的聚合物将严重的降低支 撑剂充填层的渗透率，从而伤害产层,导致压裂 效果变差。 清洁压裂液VES由于破胶彻底，破胶后分子量 小，无残渣，克服了这一缺点，但VES依然不 是最理想的压裂液。
泛，约占整个压裂 液用量的70%。
水基压裂液
水 基 压 裂 液
线型压裂液
活性水压裂液 稠化水压裂液
因为剪切敏感、温度稳定性差 只适用于低温、浅井、低砂量 和低砂比的小型解堵性压裂。
交联压裂液
水冻胶压裂液
解决了线型压裂液进行高温深
井压裂施工引起的剪切敏感、 温度稳定性差等许多问题。
水基压裂液
水冻胶压裂液组成：
泡沫压裂液始于80年代，主要用于衰竭地层提 高压裂的返排率和水敏地层的增产。 泡沫压裂液由气相、液相、表面活性剂和其他 化学添加剂组成。 泡沫压裂液是一个大量气体分散于少量液体中 的均匀分散体系。其组分主要有： - 气相，约70%，为内向 - 液相，约30%，为外向 - 表面活性剂（发泡剂） - 泡沫稳定剂
压裂液：压裂过程 中所用的液体。它 起着传递压力、形 成地层裂缝和沿着 张开的裂缝输送支 撑剂的作用。
二、压裂液发展史
1947年首次使用压裂液用于裂缝增产； 20世纪50年代以油基压裂液为主； 50年代末60年代初，胍尔胶稠化剂问世，水基 压裂液不断地发展，应用广泛，增产效果显著； 1969年首次使用交联胍胶压裂液； 80年代水基压裂液采用了延迟交联技术； 80年代研发出泡沫压裂液； 1997年Schlumberger公司开发出粘弹性表面活 性剂压裂液（VES）。
简述压裂液的主要类型
简述压裂液的主要类型压裂液是一种在压裂作业中使用的特殊液体，它被注入到地下岩石中，以帮助释放天然气或石油。
压裂液的主要作用是在岩石裂缝中形成并维持一定的压力，从而扩大裂缝并增加能源的采集效率。
根据其成分和性质的不同，压裂液可以分为多种类型。
1. 水基压裂液水基压裂液是最常用的一种压裂液类型，其主要成分是水和一些添加剂。
水基压裂液具有较低的成本和良好的流体性能，适用于大多数地质条件。
此外，水基压裂液还可以通过添加一些表面活性剂和助剂来调整其黏度和流变性能，以满足不同的工作需求。
2. 油基压裂液油基压裂液是以油为基础的压裂液，其主要成分是石油或矿物油。
油基压裂液具有较高的黏度和流变性能，适用于一些需要较大压力的岩石裂缝。
此外，油基压裂液还具有较好的渗透性和稳定性，能够在高温、高压环境下保持较长时间的工作效果。
3. 乳化压裂液乳化压裂液是由水和油相互乳化而成的压裂液。
它具有水基压裂液和油基压裂液的一些优点，既有较好的流体性能，又具有较高的黏度和流变性能。
乳化压裂液在一些复杂的地质条件下具有良好的适应性，能够满足各种不同的工作需求。
4. 纳米压裂液纳米压裂液是近年来发展起来的一种新型压裂液。
它利用纳米技术将一些纳米颗粒添加到水基或油基压裂液中，以改善液体的性能和增加岩石的渗透性。
纳米压裂液具有较高的渗透能力和扩展能力，能够在地下岩石中形成更多的裂缝并提高天然气或石油的采集效率。
5. 温度敏感型压裂液温度敏感型压裂液是一种能够根据温度变化而改变其流变性能的压裂液。
它可以在低温下保持较低的黏度，以便在岩石中形成裂缝；而在高温下可以迅速增加黏度，以防止液体过度渗透并影响采集效率。
温度敏感型压裂液在一些温度变化较大的地质条件下具有良好的适应性。
总结起来，压裂液的主要类型包括水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、纳米压裂液和温度敏感型压裂液。
不同类型的压裂液具有不同的性能和适应性，可以根据地质条件和工作需求选择合适的压裂液类型，以提高能源的采集效率。
压裂液(3)
20
图6-8 滤失系数与缝长关系曲线
曲线分析： 从1、2曲线可看出，在相同条件下，排量大，则裂缝 延伸长；
从3、4曲线可看出，在压裂液性能好的情况下，滤 失量减少比提高排量效果好。（需查原著： 3、4曲线 的压裂液性能是否相同？）
9
若干度大于0.9，则泡沫变成雾状，其悬砂能力大 大下降。
因此，施工中，控制泡沫干度是十分重要的。通 常压裂施工中，将干度控制在0.7～0.8范围内。
1.特点：泡沫压裂液密度低，粘度高，悬砂能力 较强，含水少，对地层污染小。但泡沫稳定性较差。
2.适用： 低压地层、水敏地层和气层。 存在问题：p259
10
二、压裂液的滤失性
压裂液滤失原因： 压裂液在裂缝中流动时，在缝内压力和地层压力之差
的作用下，使部分压裂液渗入地层的性质。
11
四、压裂液滤失系数
造壁性影响的滤失系数 压裂液粘度影响的滤失系数 地层流体的粘度和压缩性影响的滤失
系数
12
1.受压裂液粘度控制的滤失系数C1
假设:
压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动； 压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替； 压裂液和地层岩石均不可压缩； 压差ΔＰv＝ＰE－Ｐs 为常数。 利用达西方程，就可导出液体的滤失速度及系数 。 注意：当压裂液的粘度大大超过地层流体的粘度时 ，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。
8
（4）泡沫压裂液 泡沫压裂液实际上是一种液包气乳状液，气体是内相，
液体是外相。 泡沫压裂液的基液是水，稠化水、水冻胶、酸液、醇
和油。气体有二氧化碳、空气、天然气、氮气等，起泡 剂为表面活性剂。
1-压裂液性能评价方法
流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状 态开始流动，剪切应力与剪切速率成线性关系,宾汉流 体的流动方程是： y D ②屈服假塑型流体
流体是带有屈服值的假塑型液流体，其流变方程为：
n y KD
③胀流型流体 流变方程为:
n KD
(n>1)
(2)幂律液体流动过程中的视粘度计算
砂、发生水锥和防止近井地带的相平衡破坏而向凝析转化。
同理，用以上各项技术，也可达到注水井增注的目的。
1.概述-油层改造工作液的含义
油层改造工作液主要是指在油层改造过程中， 应用的压裂液和酸液。 压裂液主要用于油藏的压裂改造，是油层水力 压裂改造过程中的关键环节。它的主要功能是张开 裂缝、并沿裂缝输送支撑剂。因此，性能优良的压 裂液是保证压裂施工成功的关键因素，压裂液的性 能包括压裂液的流变性、滤失性、摩阻等均对压裂 施工产生重要影响。一种性能优良的压裂液应当满 足粘度高、摩阻低、滤失量小、对地层无伤害、配 制简便、材料来源广、成本低等条件。
n
2)缝流
2n 1 幂律液体在裂缝中流动的本Hale Waihona Puke 方程： w K 3 n
n
在缝中任意断面上压裂液的视粘度为：
2n 1 6v f K 3n w
n
6v W
n
n 1
(2)压裂液的性能要求
前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并 使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。
①滤失少
②悬砂能力强
③摩阻低
④稳定性 ⑤配伍性 ⑥低残渣 ⑦易返排
⑧货源广、便于配制、价钱便宜
目
录
1.概述
压裂液介绍
3.压裂液添加剂-简述
添加剂类型 杀菌剂 破胶剂 pH调节剂 粘土稳定剂 转向剂 降滤失剂 降阻剂 功能 杀死细菌 控制 pH 使液体转向 降低摩阻 代表产品 1227、甲醛 氢氧化钠, 醋酸 粉砂, 硼酸 丙烯酰胺共聚物 乙酸、柠檬酸、EDTA, NTA
降低液体粘度 酸, 氧化剂, 胶囊破胶剂 防止粘土膨胀 KCl, NH4Cl, KCl 替代物 4 提高液体效率 柴油, 颗粒, 细砂
铁离子稳定剂 防止铁沉淀
表面活性剂
温度稳定剂
降低表面张力 氟碳, 非离子表面活性剂 保持液体粘度 甲醇, 硫代硫酸钠
4.压裂液添加剂质检
（1）采油、采气工程方案要求： ①加强压裂液体系质量和技术监督管理，保证添加剂 质量稳定合格，性能符合标准要求； ②加大压裂液体系中增稠剂、各种添加剂的随机抽检 力度，进行定期不定期抽样； ③ （每个产建区）每季度送样至油田公司指定部门质 检一次。
油基压裂液 水基压裂液 泡沫压裂液 清洁压裂液
美国不同压裂液类型发展趋势对比
所占比例（%）
三、压裂液添加剂
1.构成水基交联冻胶压裂液体系主要包括
稠化剂 杀菌剂 破胶剂 pH值调节剂 表面活性剂 粘土稳定剂
发泡剂 温度稳定剂 转向剂 降滤剂 交联剂
三、压裂液添加剂
2.压裂液添加剂应用的基本要求
破乳剂，与原油之间配伍性好，有效破除油
液乳化。
助排剂，降低表、界面张力，增大接触角， 减小毛管力，有利于压裂液返排。
互溶剂，可与烃和水互溶的化合物，降低水 溶液的表面张力，促进残液的返排。
压裂液介绍
4.压裂液添加剂的质检 压裂液添加剂的质检 （2）抽样 ）
分化工库和现场应用两种取样方式， 分化工库和现场应用两种取样方式， 采用多点平均取样方式， 采用多点平均取样方式，取样范围须包括 整个药品存放空间。 整个药品存放空间。将所取的试样装入清 干燥的取样瓶中，并粘贴标签， 洁、干燥的取样瓶中，并粘贴标签，标签 中标明：产品名称、代号、批号、 中标明：产品名称、代号、批号、取样日 取样人。 期、取样人。
3.压裂液添加剂 杀菌剂 压裂液添加剂-杀菌剂 压裂液添加剂
所有的水含有细菌； 所有的水含有细菌； 水基液必须加有杀菌剂； 水基液必须加有杀菌剂； 杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖； 杀菌剂能控制厌氧菌或喜氧菌繁殖； 细菌侵袭有机聚合物，损坏其链和降低粘度。 细菌侵袭有机聚合物，损坏其链和降低粘度。 加入杀菌剂主要是为了防止因聚合物降解 导致粘度下降，影响交联、携砂。 导致粘度下降，影响交联、携砂。
常用稠化剂性能
稠化剂 香豆胶 田菁胶 胍尔胶（巴基斯坦） 羟丙基田菁胶 羟丙基胍尔胶（国内） 羟丙基胍尔胶（美国） 含水量 （%） 4.5-9.0 8.0-14.0 9.5 6.0-11.0 7.0-12.0 8.2 水不溶物 含量(%) 6.0-13.0 20.0-35.0 20.0 7.5-16.0 8.0-15.0 4.4 1%溶液粘度
二、压裂液概述
（2）油基压裂液体系 ）
适用于低压、偏油润湿、强水敏的储层。 适用于低压、偏油润湿、强水敏的储层。
（3）乳化压裂液体系 ）
适用于水敏、低压地层。 适用于水敏、低压地层。
（4）泡沫压裂液体系 ）
适应于低压、水敏性储层，特别是气藏。 适应于低压、水敏性储层，特别是气藏。
二、压裂液概述
100 90 80
油水井压裂液性能及分类
561 压裂液的分类及作用（1）前置液：制造一定几何尺寸的裂缝，为携砂液进入裂缝创造条件，并能够降低地层温度，通常前置液入地量是总液量的30%左右，针对低渗透储层在实际工作中应适当加大前置液设计量。
（2）携砂液：携砂液本身即是一种高黏度液体，通过其黏度高的特点，在施工过程中将支撑剂携带到裂缝中去，增大裂缝宽度，使裂缝的长度及支撑剂的铺设浓度达到作业要求。
（3）顶替液：主要是将油套管中的支撑剂全部替挤进入地层，防止由于支撑剂在油套管中残留造成井下工具事故。
2 常用的压裂液（1）以水作为分散介质或溶剂配制成的压裂液成为水基压裂液，常见的有稠化水压裂液、水基冻胶压裂液、水包油压裂液及水基泡沫压裂液。
①稠化水压裂液：将稠化剂分散于水中配成的压裂液。
其用量是根据所需压裂液的黏度决定的。
在配制此类压裂液时，由于稠化剂在复配时产生一定的协同效应，可以降低稠化剂的使用数量。
在相同条件下，单独使用任何一种稠化剂的稠化能力一定没有两种或者多种稠化剂混合使用时的稠化能力强，这就是常说的协同效应。
②水包油压裂液：此类压裂液主要由油、水和乳化剂配制而成。
水可用稠化水、淡水及盐水；油可以用原油或者其馏分（柴油、凝析油或煤油）；乳化剂可用非离子型、离子型或两性的表面活性剂。
若用油做内相，稠化水作为外相，配制的稠化水的水包油型压裂液。
此类压裂液用于160℃下，能自行破乳排液，有优异的降阻性能。
③水基泡沫压裂液：此类压裂液以气作为分散相，水作为分散介质。
其特点是低摩阻、低含水量、低黏度、低虑失量以及压裂破胶后易排出、污染小。
此类压裂液的主要由气、水和起泡剂组成。
水可用盐水、稠化剂、淡水；气可用天然气、氮气、二氧化碳；起泡剂可用季铵盐以及各类表面活性剂。
用氮气和二氧化碳泡沫压裂时，最好使用液态。
用液氮进行泡沫压裂时，对氮气进行加热，得到高压的氮气，再与起泡剂溶液一起注入地层，产生气泡。
用液态的二氧化碳进行压裂时，它与起泡剂混合一起注入地层，由于地层温度较高，二氧化碳则以气体形式存在，产生大量气泡。
压裂液
压裂液影响压裂施工成败的诸因素中，压裂液的性能是其中的主要因素之一。
对大型压裂来说，这个因素更为突出。
这是因为压裂施土的每个环节都与压裂液的类型和性能有关。
第一节压裂液概述一、压裂液的作用及对压裂液的要求(一)压裂液的作用在压裂过程中注入的液体统称为压裂液，根据压裂过程中注入井内的压裂液在不同施土阶段所起的作用不同，可把压裂液分为前置液、携砂液、顶替液三种。
1．前置液。
它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，以便后面的携砂液进人在温度较高的地层里，它还可起一定的降温作用。
有时一为了提高前置液的土作效率，在前置液中还加入一定量的细砂(粒径100- 140目，砂比10%左右)以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。
2.携砂液。
它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的作用:在压裂液的总量中，这部分比例很大。
携砂液和其他压裂液一杆，有造缝及冷却地层的作用。
携砂液由十需要携带密度很高的支撑剂，必须使用交联的压裂液(如冻胶等)。
3.顶替液。
中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂片的作用;注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替人裂缝中，以提高携砂液的效率和防止井筒沉砂。
(二)对压裂液的性能要求根据压裂不同阶段对液体性能的要求，压裂液在一次施土中可能使用一种以上性能不同的液体，其中还加有不同使用目的的添加剂。
对十占总液量绝大多数的前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。
所以，为了获得好的水力压裂效果，对压裂液的性能要求是:1.滤失少。
这是造长缝、宽缝的重要条件，压裂液的滤失性主要取决十它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少;在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性，大大减少滤失量。
2.悬砂能力强。
压裂液的悬砂能力主要取决十粘度，压裂液只要有较高的粘度，支撑剂(常用砂粒或陶粒)即可悬浮十其中，这对支撑剂在缝中的分布是非常有利的。
3.摩阻低。
压裂液在管道中的摩阻越小，则在设备功率一定的条件下，用十造缝的有效功率也就越大。
滑溜水压裂液标准
滑溜水压裂液标准
滑溜水压裂液是一种用于油气井压裂作业的流体。
它通常由水、助剂和颗粒物组成，具有降低摩阻、增加润滑和减少黏度的特点。
下面是一些常见的滑溜水压裂液标准：
1. 流动性：滑溜水压裂液应具有良好的流动性，以保证在注入井中时能够均匀地覆盖裂缝表面。
流动性可通过测量液体的粘度来评估。
2. 摩阻降低性：滑溜水压裂液应具有较低的摩阻系数，以减少在注入过程中耗费的能量，并提高流体在裂缝中的渗透性。
3. 润滑性：滑溜水压裂液应具有良好的润滑性能，以减少与井壁和裂缝岩石之间的摩擦，并降低裂缝扩展的力量。
4. 渗透性：滑溜水压裂液应具有良好的渗透性能，以确保流体能够进入并填充裂缝中的所有空隙，从而增加油气的产量。
5. 环保性：滑溜水压裂液应符合环保标准，避免对地下水和环境造成污染。
常见的环保要求包括低毒性、易生物降解和低挥发性等。
这些标准可以根据不同的地质条件和作业需求进行调整，以确保滑溜水压裂液在压裂作业中的有效性和安全性。
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地层
水基泡沫
水+起泡剂+N 2或CO 2
低压地层
醇基泡沫
甲醇+起泡剂+N 2
低压存在水
锁的地层
醇基
线性体系
胶化水+醇
消除水锁
交联体系
交联体系+醇
注：HPG:羟丙基瓜胶；HEC:羟乙基纤维素；TQ:田菁胶；CMHEC:羧甲基羟乙基纤维素CMHPG:羧甲基羟丙基瓜胶。
在设计压裂液体系时主要考虑问题包括：
(2)携砂液：它起到将支撑剂(一般是陶粒或石英砂)带入裂缝中并将砂子放在预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分占的比例很大。携砂液和其它压裂液一样，都有造缝及冷却地层的作用。
(3)顶替液：其作用是将井筒中的携砂液全部替入到裂缝中。
根据不同的设计工艺要求及压裂的不同阶段，压裂液在一次施工中可使用一种液体，其中含有不同的添加剂。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，都应具备一定的造缝力并使压裂后的裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。这样它们必须具备如下性能：
压裂液基液
压Hale Waihona Puke 液类型主要成分应用对象
水基
线型
HPG、TQ、CMC、HEC、CMHPG、CMHEC、PAM
短裂缝、低温
交联型
交联剂+HPG,HEC或CMHEC
长裂缝、高温
油基
线型
油、胶化油
水敏性地层
交联型
交联剂+油
水敏性地层、
长裂缝
O/w乳状液
乳化剂+油+水
适用于控制滤失
泡沫基
酸基泡沫
酸+起泡剂+N 2
表3-1粘度对悬砂的影响
粘度，mPa·s
1.0
16.5
54.0
87.0
150
砂沉降速度,m/min
4.00
0.56
0.27
0.08
0.04
③摩阻低。压裂液在管道中的摩阻越大，则用来造缝的有效水马力就越小。摩阻过高，将会大大提高井口压力，降低施工排量，甚至造成施工失败。
④稳定性好。压裂液稳定性包括热稳定性和剪切稳定性。即压裂液在温度升高、机械剪切下粘度不发生大幅度降低，这对施工成败起关键性作用。
⑦易返排。裂缝一旦闭合，压裂液返排越快、越彻底，对油气层损害越小。
⑧货源广，便于配制，价格便宜。
目前国内外使用的压裂液有很多种，主要有油基压裂液、水基压裂液、酸基压裂液，乳化压裂液和泡沫压裂液。其中水基压裂液和油基压裂液应用比较广泛。常用各种类型压裂液或压裂液体系见表3-2。
表3-2各类压裂液及其应用条件
⑤配伍性好，压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理、化学反应，即不引起地层水敏及产生颗粒沉淀。这些要求是非常重要的，往往有些井压裂后无效果就是由于配伍性不好造成的。
⑥低残渣。要尽量降低压裂液中的水不溶物含量和返排前的破胶能力，减少其对岩石孔隙及填砂裂缝的堵塞，增大油气导流能力。
压裂液性能及分类
压裂液提供了水力压裂施工作业的手段，但在影响压裂成败的诸因素中，压裂液及其性能极为重要。对大型压裂来说，这个因素就更为突出。使用压裂液的目的有两方面：一是提供足够的粘度，使用水力尖劈作用形成裂缝使之延伸，并在裂缝沿程输送及铺设压裂支撑剂；再者压裂完成后，压裂液迅速化学分解破胶到低粘度，保证大部分压裂液返排到地面以净化裂缝。
①滤失小。这是造长缝、宽缝的重要性能。压裂液的滤失性，主要取决于它的粘度，地层流体性质与压裂液的造壁性，粘度高则滤失小。在压裂液中添加降滤失剂能改善造壁性大大，减少滤失量。在压裂施工时，要求前置液、携砂液的综合滤失系数≤1 × 10 -3 m/min 1/2。
②悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于其粘度。压裂液只要有较高的粘度，砂子即可悬浮于其中，这对砂子在缝中的分布是非常有利的。但粘度不能太高，如果压裂液的粘度过高，则裂缝的高度大，不利于产生宽而长的裂缝。一般认为压裂液的粘度为50~150mPa·s较合适。由表3-1可见液体粘度大小直接影响砂子的沉降速度。
(1)地层温度、液体温度剖面以及在裂缝内停留时间；
(2)建议作业液量及排量；
(3)地层类型(砂岩或灰岩)；
(4)可能的滤失控制需要；
(5)地层对液体敏感性；
(6)压力；
(7)深度；
(8)泵注支撑剂类型；
(9)液体破胶需要。
20世纪50年代末，第一次使用交联瓜胶液进行施工，那时约10%的压裂施工使用胶化油处理的。在20世纪70年代，考虑伤害引用了低残渣的羟丙基瓜胶(HPG)。现在，70%的压裂施工用瓜胶或羟丙基瓜胶。用胶化油施工约占5%，约25%的施工含有增能气体。
压裂液是一个总称，由于在压裂过程中，注入井内的压裂液在不同的阶段有各自的作用，所以可以分为：
(1)前置液：其作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝，同时还起到一定的降温作用。为提高其工作效率，特别是对高渗透层，前置液中需加入降滤失剂，加细砂或粉陶(粒径100~320目，砂比10%左右)或5%柴油，堵塞地层中的微小缝隙，减少液体的滤失。